压电式传感器的应用

关于压电式传感器的应用传感器上盖为传力元件，它的外缘壁厚为0.1~0.5mm，外力作用使它产生弹性变形，将力传递到石英晶片上。石英晶片采用xy切型，利用其纵向压电效应，通过d11实现力—电转换。第2页,共15页，2024年2月25日，星期天下图是一种压电式加速度传感器的结构图。它主要由压电元件、质量块、预压弹簧、基座及外壳等组成。整个部件装在外壳内，并由螺栓加以固定。图2压电式加速度传感器结构图例1压电式加速度传感器第3页,共15页，2024年2月25日，星期天当加速度传感器和被测物一起受到冲击振动时，压电元件受质量块惯性力的作用，根据牛顿第二定律，此惯性力是加速度的函数，即F=ma式中：F——质量块产生的惯性力；

m——质量块的质量；

a——加速度。第4页,共15页，2024年2月25日，星期天与加速度a成正比。因此，测得加速度传感器输出的电荷便可知加速度的大小。此时惯性力F作用于压电元件上，因而产生电荷q，当传感器选定后，m为常数，则传感器输出电荷为第5页,共15页，2024年2月25日，星期天例2压电式压力传感器图3压电式测压传感器引线壳体基座压电晶片受压膜片导电片p第6页,共15页，2024年2月25日，星期天当膜片受到压力F作用后，在压电晶片表面上产生电荷。在一个压电片上所产生的电荷q为即：压电式压力传感器的输出电荷q与输入压强P成正比。第7页,共15页，2024年2月25日，星期天例3压电式声传感器压电陶瓷换能器结构图铝头螺钉黄铜尾部压电陶瓷圆环当交变信号加在压电陶瓷片两端面时，由于压电陶瓷的逆压电效应，陶瓷片会在电极方向产生周期性的伸长和缩短。第8页,共15页，2024年2月25日，星期天当一定频率的声频信号加在换能器上时，换能器上的压电陶瓷片受到外力作用而产生压缩变形，由于压电陶瓷的正压电效应，压电陶瓷上将出现充、放电现象，即将声频信号转换成了交变电信号。这时的声传感器就是声频信号接收器。如果换能器中压电陶瓷的振荡频率在超声波范围，则其发射或接收的声频信号即为超声波，这样的换能器称为压电超声换能器。第9页,共15页，2024年2月25日，星期天例4压电式流量计图4压电式流量计流量显示输出信号换能器换能器接收接收发射发射压电超声换能器每隔一段时间(如1/100s)发射和接收互换一次。在顺流和逆流的情况下，发射和接收的相位差与流速成正比。第10页,共15页，2024年2月25日，星期天例5压电式传感器在测漏中的应用ABO点LALB地面L如果地面下一均匀的自来水直管道某处O发生漏水，水漏引起的振动从O点向管道两端传播，在管道上A、B两点放两只压电传感器，由从两个传感器接收到的由O点传来的t0时刻发出的振动信号所用时间差可计算出LA或LB。第11页,共15页，2024年2月25日，星期天两者时间差为Δt=tA-tB=（LA-LB

）/v又L=LA+LB，所以第12页,共15页，2024年2月25日，星期天例6压电声传感器在超声速测量实验中的应用图5超声速测量实验装置信号发生器S1示波器频率计S2l游标卡尺第13页,共15页，2024年2月25日，星期天当信号发生器产生的正弦交流信号加在压电陶瓷片两端面时，压电陶瓷片将产生机械振动，在空气中激发出声波。所以，换能器S1是声频信号发生器。当S发出的声波信号经过空气传播到达换能器S2时，空气振动产生的压力作用在S2的压电陶瓷片上使之出现充、放电现象，在示波器上就能检测出该交变信号。所以，换能器